Framtidens Ethernet

Framtidsspaning

Framtidsspaning: Framtidens Ethernet

Industri 4.0 medför att industrin oftare väljer Ethernet-anslutningar. Hastighet är inte den viktigaste faktorn. Enkla, kostnadseffektiva lösningar ökar också, liksom efterfrågan på hybridlösningar och tunna kablar, säger Guido Ege, chef för produktutveckling på LAPP.

Sedan 1990-talet har Ethernet varit den ledande tekniken i lokala datanätverk (LAN). Hastigheten har stigit från 3 Mbit/s till 10 Gbit/s, och till och med 400 Gbit/s under vissa omständigheter. Tekniken är mycket effektiv i kontorsmiljö. När du ansluter en LAN-kabel till en dator kan du lita på att den kommunicerar problemfritt.

Spridningen av Ethernet-standard

I fabriker är det annorlunda. Det finns över 20 industriella Ethernet-system. De skiljer sig från varandra i tekniska detaljer, vilket gör dem inkompatibla. Dessutom finns det över 50 fältbussystem, som PROFIBUS och CAN BUS, som ofta inte heller är kompatibla.

Fältbussystem används ofta i fabriker. De anses mer robusta. De överför mindre data än Ethernet, men har realtidskapacitet. Detta är viktigt för tidskritiska maskinprocesser, som när en drivenhet måste reagera på en signal från en sensor inom mikrosekunder, eller när maskinen ska stanna omedelbart vid nödstopp. Detta har bara varit möjligt i begränsad omfattning med Ethernet, även om IEEE* försökt implementera en standardiserad realtidsfunktion.

Marknaden ger oss skäl att tro på framtiden för Ethernet, även i fabriker. Industriell Ethernet växer nu med 22 procent per år, jämfört med 6 procents tillväxt för fältbussystem. 2018 var antalet Ethernet-installationer i fabriker fler än antalet fältbussar.

Upplösning av automatiseringspyramiden

Uppkopplingen och digitaliseringen med Industri 4.0 påverkar kommunikationsnivåerna i fabriken. Fältnivån är den lägsta i pyramiden. Ovanför finns kontroll, processstyrning, driftsstyrning samt företagsnivån med system för affärsstyrning. Tidigare hade nivåerna olika funktioner. Sensordata tog sig upp från en nivå till nästa, och planeringsdata sipprade nedåt. Kontrollen över fabriken var komplicerad och inte designad för flexibel produktion.

När nu pyramiden upplöses, nivåerna försvinner och kommunikationen sker i platta hierarkier kommunicerar alla med varandra. Ett ERP-system kan komma åt sensorer på en maskin direkt och se om det uppstår ett fel som påverkar leveranskapaciteten. Men detta är bara möjligt med en anslutningsteknik som kan tänka utanför ramarna. Det är därför ingen överraskning att Ethernet, som skapades för kontorsmiljö, nu också når produktion och logistik, fast med mer robusta komponenter.

Produkter för fältbussystem har dominerat. Nu finns allt för nätverk inom industriellt Ethernet, från kablar och kontakter till installationsfärdiga kablage.

Trend: Hybridkablar och tunnare kablar

LAPP ser två trender inom industriell Ethernet. En trend är hybridkablar, så kallade enkabellösningar, med flera funktioner i samma kabel, till exempel anslutningskablar för servostyrning med integrerade feedbackkablar för övervakning med sensorer.

Den andra trenden är tunnare kablar. Tidigare Ethernet krävde två eller fyra ledarpar. Nu kan enpars-Ethernet överföra upp till 1 Gbit/s. Det ger smidigare installation samt utrymmes- och kostnadsfördelar. Varje sensor behöver inte vara ansluten till en kabel som klarar 10 Gbit/s. Även om en Ethernetkabel med ett ledarpar bara kommer upp i 1 Gbit/s, räcker det för många tillämpningar på fältnivå. De flesta sensorer skickar mycket små mängder information.

Enligt mgm-konsulten Roland Berger kommer efterfrågan på sensorer att öka med 17 procent per år till 2020, medan priserna sjunker med åtta procent. Detta ökar efterfrågan på kostnadseffektiva anslutningslösningar.

I tillväxttal ligger Ethernet bara på andra plats bland anslutningslösningar för industribruk. Trådlös teknik intar första plats (32 procent), men marknadsandelen är endast 6 procent. WLAN, Bluetooth och mobil kommunikation har fördelar med flexibilitet och mobilitet. Gällande räckvidd, robust uppkoppling, energieffektivitet och framför allt fördröjning kan trådlös teknik inte konkurrera med kabelbunden teknik. Kablar är även mindre mottagliga för störningar och hackerattacker. Detta kommer inte att ändras med ny standard som 5G.

– Trådlöst har sina fördelar, men det är inget hot mot kabelbundna system. Istället är det ett komplement för speciella applikationer, avslutar Guido Ege.

 

* IEEE (”I triple E”) = The Institute of Electrical and Electronics Engineers, som fastställer standarder inom elektronik, datateknik och radioteknik.